下一代芯片革命讓世界更快、更好、更智能

　　半導(dǎo)體、醫(yī)藥、消費(fèi)電子行業(yè)公司--比如應(yīng)用材料公司(Applied Materials)和恩智浦(NXP)--正在制造將改變我們身體、環(huán)境或交通方式的設(shè)備。

　　我們周圍的世界不久將被那些影響我們生活空間、我們的身體、以及影響我們聲光體驗(yàn)的設(shè)備所吞沒(méi)，這些設(shè)備的動(dòng)力來(lái)自半導(dǎo)體與微型發(fā)動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新結(jié)合。諸如給智能手機(jī)充電、煮雞蛋之類的簡(jiǎn)單任務(wù)，以及復(fù)雜如掃描結(jié)直腸癌或?yàn)殚L(zhǎng)距離飛行無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力等都將被改變。

　　通過(guò)將刺激信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)據(jù)，傳感器賦予機(jī)器感知光線、高度、濕度的能力。即將來(lái)臨的革命將充滿反其道而行之的所謂致動(dòng)器。通過(guò)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為某種形式的力量，比如光線、電磁波，甚至能夠推動(dòng)物體的物理壓力，致動(dòng)器能夠讓機(jī)器使我們的世界簡(jiǎn)單化。

　　致動(dòng)器像之前的傳感器一樣，是科技上下求索的部分成果，目的是為了讓機(jī)器做越來(lái)越多的事情，效率越來(lái)越高，有史以來(lái)最高效的信息設(shè)備微處理器即是其典型體現(xiàn)。

　　斯坦福大學(xué)機(jī)械工程系副教授薩福(Paul Saffo)表示，我們花了五十年時(shí)間打造計(jì)算機(jī)的大腦(微處理器)，現(xiàn)在應(yīng)該給這些大腦相應(yīng)的肌肉影響我們的世界了。

　　“大家可以隨便看看任何笨重的東西，然后把它做得又小又便宜，”薩福說(shuō)。“未來(lái)便是我們?nèi)绾斡酶俚臇|西做更多的工作。”

　　于是整個(gè)工業(yè)都將被重新塑造。比如，化石燃料市場(chǎng)將遭受新的挫折，因?yàn)殡妱?dòng)汽車用一塊簡(jiǎn)單的充電板電可充電，其方式就像座充給Apple Watch充電一樣。

　　生命科學(xué)市場(chǎng)也將不得不適應(yīng)新的世界，在這個(gè)世界口服一粒膠囊便可進(jìn)行檢查和治療。配備致動(dòng)器的機(jī)器人能夠十分精確地移動(dòng)部件和進(jìn)行無(wú)線充電，從而將承擔(dān)更多制造任務(wù)。

　　在這個(gè)更快、更好、更智能的世界里，致勝者將是應(yīng)用材料之類的公司，這是全球最大的半導(dǎo)體制造設(shè)備公司，正在開(kāi)發(fā)利用創(chuàng)新材料更高效地動(dòng)用能源的辦法。Integrated Device Technology公司(IDT)之類歷史較老的模擬芯片公司將因其掌握電能運(yùn)動(dòng)的能力而獲得新的重要性。新近上市的明星公司，比如無(wú)線能源公司Energous，隨著其產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)將獲得優(yōu)勢(shì)。造就致動(dòng)器革命的更多公司尚未上市。

　　拿微波爐這樣的笨設(shè)備來(lái)說(shuō)吧。在芯片制造商恩智浦亞利桑那州辦公大樓的一間會(huì)議室里，幾臺(tái)微波爐放在一起做演示。負(fù)責(zé)該公司新興應(yīng)用部門(mén)及射頻烹飪的維薩(Dan Viza)希望通過(guò)烹飪一個(gè)雞蛋來(lái)顯示公司芯片的神奇功能。

　　你不能在微波爐里烹飪雞蛋。因?yàn)槲⒉t發(fā)射微波的磁控管力量太大，會(huì)使雞蛋爆炸。維薩的電器看起來(lái)就像一臺(tái)傳統(tǒng)微波爐，但安裝了一個(gè)功率放大器，即恩智浦銷售多年的芯片。該芯片用在移動(dòng)蜂窩基站中向你的手機(jī)發(fā)送射頻信號(hào)。

　　在微波爐中，功率放大器就是利用微波輻射刺激食物分子的致動(dòng)器。但它能夠持續(xù)改變微波輻射強(qiáng)度，和磁控管的統(tǒng)一輻射不同，當(dāng)食物比較嬌嫩時(shí)能夠調(diào)低輻射強(qiáng)度。最后烹飪出來(lái)的雞蛋變了形，裝在小盤(pán)子里。咬一口會(huì)發(fā)現(xiàn)雞蛋硬，不好吃，但也并非嚼不動(dòng)--介于煮雞蛋和蒸雞蛋之間，但完全可以吃。

　　維薩及其同事、恩智浦射頻芯片業(yè)務(wù)經(jīng)理哈特(Paul Hart)表示，如果功率放大器能夠烹飪一個(gè)雞蛋，那它也能烹飪整頓飯。他倆把它稱之為“高分辨率烹飪”設(shè)備。維薩說(shuō)，磁控管以要么打開(kāi)要么關(guān)閉的方式提供微波輻射，但利用恩智浦的芯片就能夠控制微波輻射，為不同溫度區(qū)間的食品分配熱源，為蔬菜、肉類、面包等你放進(jìn)去的食品適用不同的加熱方式。

　　這本身不是什么新技術(shù)，多年來(lái)恩智浦一直在出售功率放大器。但直到2014年，該公司才能夠以完全符合家電制造商標(biāo)準(zhǔn)的方式制造一臺(tái)足以高效地將電力轉(zhuǎn)化為熱量的設(shè)備。

　　和恩智浦的芯片不同，一些致動(dòng)器需要半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)突破。前途最光明的突破之一是由氮化家化合物做成的半導(dǎo)體材料。在將電子運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲廨椛涞哪茉捶矫?，這種材料比硅有效得多。

　　氮化鎵(GaN)獲得了越來(lái)越多的追隨者。總部位于加州弗里蒙特的創(chuàng)業(yè)公司Soraa利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)了發(fā)光光譜大大拓寬的新型LED燈泡。在這種燈泡的照射下，色彩顯得比典型LED燈照射下更加豐富。

　　對(duì)于GaN的熱情，很少有人比得上加州創(chuàng)業(yè)公司Efficient Power Conversion (EPC)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO李都(Alex Lidow)。他的團(tuán)隊(duì)正在推廣令人震驚的大量創(chuàng)新。其中一項(xiàng)是以色列公司Check-Cap開(kāi)發(fā)的結(jié)直腸癌檢測(cè)藥丸。結(jié)直腸癌是美國(guó)癌癥第二大死因，五十歲以上的美國(guó)人都建議進(jìn)行結(jié)直腸癌篩查，但40%的人沒(méi)有進(jìn)行篩查。Check-Cap CEO丹澤爾(Bill Densel)稱，篩查很有效果，能挽救性命，但過(guò)程很不舒服，令人尷尬，所以人們不去。

　　EPC的GaN芯片放在藥丸里，由病人吞服，無(wú)需禁食。藥丸進(jìn)入體內(nèi)之后，隨著組織暴露于X光之下，GaN芯片檢測(cè)到從結(jié)直腸壁反彈的光子。這些光子可用來(lái)生成結(jié)直腸的360度輪廓圖。該光子數(shù)據(jù)發(fā)送到病人穿戴的無(wú)線接收器。

　　平均兩三天后藥丸從體內(nèi)排出，病人把無(wú)線接收器交給醫(yī)生分析。向結(jié)直腸內(nèi)壁突出的息肉，以及那些不規(guī)則的東西，我們?cè)诳摧喞獔D的時(shí)候便一覽無(wú)余，丹澤爾這樣解釋息肉和腫瘤探測(cè)。這項(xiàng)檢查預(yù)計(jì)花費(fèi)約六百美元，而結(jié)腸鏡檢查就需1200美元或更多，還不包括麻醉費(fèi)用。

　　Check-Cap正在準(zhǔn)備一系列臨床研究，最終在2018年進(jìn)行美國(guó)食品藥品管理局審批研究，預(yù)計(jì)可在明年完成。該公司今年8月進(jìn)行了注冊(cè)直接公開(kāi)募股，現(xiàn)金充足，能夠用到明年。值得一提的是，Check-Cap仍然是一家處于發(fā)展階段的公司，股票市值只有2300萬(wàn)美元。

　　EPC正在與另一家未披露名稱的公司合作，開(kāi)發(fā)無(wú)線供電人工心臟，不再向患者身體接入各種金屬線。

　　另一項(xiàng)用途以色列創(chuàng)業(yè)公司BlueWind Medical(Rainbow Medical子公司)正在開(kāi)發(fā)。該公司制造一種神經(jīng)刺激設(shè)備包圍神經(jīng)末梢，通過(guò)對(duì)突觸產(chǎn)生小的電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)痛感。該設(shè)備可由患者通過(guò)體外無(wú)線控制器開(kāi)關(guān)減輕痛感，一天最長(zhǎng)可用八小時(shí)，定將成為止痛藥的替代品。

　　不過(guò)，很少有東西像李都所想的那樣富余遠(yuǎn)見(jiàn)，他認(rèn)為筆記本電腦電源線將成為歷史。“十年內(nèi)，我們將開(kāi)始看到電源線的消失，”他說(shuō)。我不知道誰(shuí)會(huì)喜歡電源線。

　　EPC與絕大多數(shù)無(wú)線電源制造公司往來(lái)，其中之一為上文所提IDT。該公司制造“磁性電感器”部件，通過(guò)向磁線圈送電，能源可傳輸?shù)脚c之接觸的另一線圈。這就是Apple Watch的充電方式。迄今為止IDT賣出了7000多萬(wàn)無(wú)線充電器芯片，是業(yè)內(nèi)老大。

　　IDT首席技術(shù)專家Sailesh Chittipeddi認(rèn)為，電感器大有用武之地，銷量會(huì)達(dá)到數(shù)億規(guī)模。

　　在傳感器方面，汽車是一個(gè)重要試驗(yàn)場(chǎng)。汽車裝備的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，比如特斯拉的17英寸視頻儀表盤(pán)和車載攝像頭。所有這些都使得芯片的電線連接增多。Chittipeddi表示，各部件之間的電線連接幾乎占到整車重量的三分之一。

　　Chittipeddi說(shuō)，汽車側(cè)視鏡控制可由電感器而非電線供電;汽車制造商正在盡可能地采用無(wú)線技術(shù)以設(shè)法降低成本。

　　目標(biāo)更宏偉的是無(wú)需接觸便可運(yùn)行的磁共振。Lidow的公司正與包括波士頓WiTricity在內(nèi)的眾多團(tuán)隊(duì)合作。WiTricity公司創(chuàng)始人是麻省理工物理學(xué)教授索爾亞契奇(Marin Soljacic)，解決了調(diào)諧磁線圈以更加高效地傳輸能源的辦法。

　　WiTricity CEO格魯森(Alex Gruzen)表示，公司與一家大型筆記本電腦制造商就即將實(shí)現(xiàn)的無(wú)線充電能力達(dá)成協(xié)議，并與汽車制造商合作以實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)電力無(wú)線傳輸。“設(shè)想一下你的車庫(kù)地面上有一塊襯墊，汽車停在上面便可自動(dòng)充電，距離汽車底盤(pán)一兩英尺無(wú)線充電，” 格魯森說(shuō)。

　　對(duì)有的人來(lái)說(shuō)，IDT和WiTricity的接觸式充電或短距離充電還不夠遠(yuǎn)大。無(wú)線和半導(dǎo)體業(yè)界資深人士經(jīng)營(yíng)的Energous認(rèn)為，通過(guò)利用類似恩智浦微波爐技術(shù)的射頻電源，可在最遠(yuǎn)達(dá)15英尺的距離對(duì)房間內(nèi)的設(shè)備無(wú)線充電。

　　這種充電方式不如有線充電快速，但如果你周圍表面到處都嵌入傳輸設(shè)備，能夠持續(xù)使用，那么快速也就沒(méi)有必要。Energous CEO雷佐尼(Ateve Rizzone)表示，在這種情況下，從你駕車到坐在辦公室，再到在家休息的時(shí)間，你的可穿戴設(shè)備或手機(jī)都會(huì)源源不斷地獲得電力，持續(xù)滿電運(yùn)行;設(shè)備電力耗盡，急急忙忙找插座的時(shí)間將減少。

　　也有持懷疑態(tài)度者，其中部分是專業(yè)人士，比如TechInsights子公司Chipworks科技情報(bào)部副總裁莫里森(Jim Morrison)。莫里森認(rèn)為，無(wú)線電源至少還要等五年，它太超前，目前根本不具成本效益。

　　還有Seeking Alpha網(wǎng)站，網(wǎng)站上一些博士論文式的文章反駁Energous的技術(shù)主張。

　　雷佐尼謹(jǐn)慎表示，“賣空者已成為一個(gè)問(wèn)題。他們非常聰明，綜合了很多聽(tīng)上去振振有詞的精確數(shù)字，造成一定程度的擔(dān)憂，但我們將繼續(xù)克服這些問(wèn)題。”事實(shí)上該股今年累計(jì)上漲了一倍多，自2014年3月上市以來(lái)累計(jì)上漲56%。“因?yàn)樽罱K該技術(shù)是實(shí)實(shí)在在的，是安全的，我們將獲得聯(lián)邦通信委員會(huì)的批準(zhǔn)，”雷佐尼說(shuō)。

　　雷佐尼說(shuō)，利用Energous技術(shù)的首批產(chǎn)品是接觸式充電器，定于明年一季度出貨;無(wú)線充電距離在一個(gè)房間的非接觸式充電器將隨后于明年末出貨。

　　從射頻烹飪到體內(nèi)的GaN藥丸再到無(wú)線充電，所有這些技術(shù)都將被其產(chǎn)品組裝方式推動(dòng)或阻礙。組裝這些產(chǎn)品則是應(yīng)用材料公司的一項(xiàng)工作，該公司是向英特爾和其它芯片制造商提供有關(guān)工具的全球最大供應(yīng)商。比如，汽車具有圖像投射到儀表盤(pán)之上的“平視”顯示器。“平視”顯示器用了很多微型鏡面，這些鏡面像無(wú)數(shù)個(gè)小型機(jī)械構(gòu)件，具有名為微機(jī)電系統(tǒng)的移動(dòng)部件。

　　汽車制造商希望這類微型鏡面與推動(dòng)鏡面的控制電路制造在同一塊硅板上，因?yàn)槿绱藢⒐?jié)省電力。但迄今為止還不可能做到這樣。

　　應(yīng)用技術(shù)公司已經(jīng)找到了利用硅鍺化合物集成二者的辦法，并表示已做好向客戶演示的準(zhǔn)備。

　　應(yīng)用技術(shù)公司首席專家那拉馬蘇(Om Nalamasu)表示，這種創(chuàng)新通常將提高材料工程在打造創(chuàng)新設(shè)備中的作用;上世紀(jì)80年代末，大部分半導(dǎo)體產(chǎn)品用了六七種元素，如今要用到元素周期表中的一半。

　　作為機(jī)器肌肉的致動(dòng)器與作為其耳目的傳感器結(jié)合將如何?這將極大造福人類，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域，不過(guò)機(jī)器本身也將獲得最大的優(yōu)勢(shì)。

　　對(duì)人類來(lái)說(shuō)，傳感器可探測(cè)人的腦電波，將思想轉(zhuǎn)換為使致動(dòng)器移動(dòng)四肢的信號(hào)--也許在脊柱或神經(jīng)受損的情況下，類似于科學(xué)家霍金(Stephen Hawking)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)眼球在計(jì)算機(jī)上打字類似。

　　更切實(shí)的前景在于，被無(wú)線充電解放的電動(dòng)汽車將通過(guò)傳感器自動(dòng)導(dǎo)航到最近的充電站，無(wú)需人工插上插頭充電。這類連續(xù)充電系統(tǒng)將使得高容量電池沒(méi)有必要，從而增強(qiáng)交通工具中電力動(dòng)力與汽油動(dòng)力的競(jìng)爭(zhēng)力。這顯然還將促進(jìn)無(wú)人駕駛汽車的進(jìn)展。

　　與之類似，內(nèi)置致動(dòng)器以操縱物體的機(jī)器人甚至可承擔(dān)更多的工廠工作。由于地面充電站通過(guò)射頻傳輸向飛行中的無(wú)人機(jī)傳輸電力，無(wú)人機(jī)可飛行更遠(yuǎn)的距離。

　　投資者迷戀于因傳感器而實(shí)現(xiàn)的手機(jī)應(yīng)用(比如跟蹤健身計(jì)劃、監(jiān)測(cè)用戶所處位置天氣和發(fā)現(xiàn)附近公司的應(yīng)用)的經(jīng)濟(jì)潛力。不過(guò)這些投資者將被接下來(lái)的傳感器--致動(dòng)器震驚。致動(dòng)器改變?nèi)粘－h(huán)境的能力將使得我們周圍的世界像手機(jī)內(nèi)的世界一樣五彩繽紛，這對(duì)投資者來(lái)說(shuō)甚至更加有前途。